Designguide Ein Leitfaden für Prozessoren für das Internet of Things

Autor / Redakteur: Alexandru Voica * / Sebastian Gerstl

Für den wachsenden IoT-Markt lassen sich inzwischen einige grundsätzliche Kategorien erkennen, für die es sich lohnt, speziell darauf zugeschnittene SoCs zu entwickeln.

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Der IoT-Markt eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen, doch nicht jede vernetzte Applikation besitzt dieselben Ansprüche. Dies ist bei der Auswahl des richtigen Prozessors während des Produktdesigns essentiell, um hinterher den bestmöglichen Mix aus Stromverbrauch, Kosteneffizienz und Leistung zu erhalten.
Der IoT-Markt eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen, doch nicht jede vernetzte Applikation besitzt dieselben Ansprüche. Dies ist bei der Auswahl des richtigen Prozessors während des Produktdesigns essentiell, um hinterher den bestmöglichen Mix aus Stromverbrauch, Kosteneffizienz und Leistung zu erhalten.
(Bild: Imagination Technologies)

Das Internet der Dinge ist eine schnell wachsende Industrie mit der Verheißung der allgegenwärtigen Vernetzung, die es allen Menschen ermöglicht, miteinander in Verbindung zu treten. Die geschätzte Anzahl von IoT-Anwendungen, die bis 2020 ausgeliefert werden, variiert sehr stark von vorsichtig geschätzten sechs Milliarden durch die Linley Group bis zu 200 Milliarden geschätzt durch Intel.

Obwohl der IoT-Markt riesige Möglichkeiten eröffnet, möchte ich weitere Erörterungen einem anderen Beitrag überlassen. Aber ich werde mich mit dem IoT und allen neuen Einrichtungen beschäftigen, die mit einem Sensor, einem Prozessor und entsprechender Konnektivität ausgestattet sind. Diese Betrachtung schließt alles ein, vom Wearable, dem Mobiltelefon oder der Unterhaltungselektronik bis hin zum vernetzten Fahrzeug, Smart Farming, Energie, Gesundheitswesen und anderen M2M-Anwendungen.

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Bislang wurden in vielen IoT-Anwendungen oft Halbleiter eingesetzt, die ursprünglich für andere Märkte bestimmt waren, wie z.B. Handys oder Embedded Systeme. Aber inzwischen wird immer deutlicher, dass sich der IoT-Markt grundsätzlich in fünf Hauptkategorien aufteilt. Es ist vorteilhafter, für jede dieser Kategorien kundenspezifische SoCs zu entwickeln, anstatt weiterhin Lösungen aus anderen Märkten zu verwenden.

Auch wenn die spezifischen Anforderungen dieser SoCs sehr unterschiedlich sein können, so lassen sich doch zwei übergreifende Trends erkennen: Zum einen sind im IoT -Zeitalter auf dem Chip integrierte Funkeinheiten zum Standard geworden. Dadurch, dass mehrere Standards wie Wi-Fi oder Bluetooth in einem SoC gemeinsam integriert werden konnten, wurden auch Materialkosten und Energieverbrauch erheblich gesenkt.

Zum anderen herrschen gesteigerte Anforderungen an die Security. Wenn eine Art hardwaregestützte Sicherheit auf Systemebene implementiert wird, entsteht ein zukunftssicheres Framework, das die Forderungen von Konsumenten und Unternehmen nach Schutz ihrer sensitiven Daten und Anwendungen erfüllt.

Verschiedene Kategorien von IoT-Anwendungen

Intelligente Sensoren sind im Prinzip mit Mikrocontrollern verbunden, die diverse analoge Schnittstellen für Sensorik besitzen. Die Anforderungen an die CPU-Leistung liegen zwischen 50 und 100 DMIPS, während für die Konnektivität auf energieeffizienten Standards wie Protokolle für Low-Power-Wi-Fi (802.11n oder 802.11ah), Bluetooth Smart, Low-Power-Mobilfunk (z. B. Cat-M LTE) oder 802.15.4-basiert (z. B. ZigBee, Thread, 6LoWPAN, Z-Wave etc.) beruht.

Vernetztes Audio umfasst Produktbereiche vom bluetooth-basierten Lautsprecher bis zum High-End-Heimkinosystem. Abhängig von der geplanten Anwendung werden hier hochleistungsfähige MCUs mit 300 oder 500 DMIPS bis zu platzsparenden Anwendungsprozessoren mit rund 1000 DMIPS eingesetzt. Die meisten dieser Komponenten für drahtlose Audio-Anwendungen verfügen über Bluetooth und/oder Wi-Fi.

Die Wahl der genauen Variante des Wi-Fi-Protokolls hängt von der Anwendung ab. Ein vernetzter Lautsprecher etwa, ähnlich dem Amazon Echo Dot, benötigt lediglich 802.11n Wi-Fi. Komplexere Konfigurationen (z. B. raumübergreifende und Multikanal-Klanginstallationen) sollten eher 802.11ac verwenden um sicherzustellen, ob die Bandbreite für das gesamte Netzwerk ausreicht.

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